[发明专利]用于同步整流器反激转换器的自适应栅极调节

说明书

本发明题为“用于同步整流器反激转换器的自适应栅极调节”。本发明提供了一种反激转换器，该反激转换器基于同步整流器开关晶体管的先前循环中的操作状况来动态地调整该同步整流器开关晶体管的当前循环的漏极阈值电压。差分放大器在该当前循环的接通时间期间驱动该同步整流器开关晶体管的栅极电压，使得在该当前循环的经调节部分期间该同步整流器开关晶体管的漏极电压等于该漏极阈值电压。

技术领域

本申请涉及开关电源转换器，并且更具体地讲，涉及反激转换器中的同步整流器开关晶体管的自适应栅极调节。

背景技术

如反激领域中已知的，反激转换器的变压器中的次级绕组电流被整流以便在初级绕组电流传导时不传导。该整流可以由输出二极管或同步整流器开关晶体管执行。尽管输出二极管是无源的并且因此不需要同步整流器控制，但与具有同步整流的反激转换器相比，使用输出二极管会降低效率。因此，广泛使用同步整流以提高效率。

同步整流器开关晶体管通常是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。为了控制同步整流器(SR)开关MOSFET的开关，SR控制器监测SR MOSFET上的漏极至源极电压。基于该漏极至源极电压，SR控制器检测电源开关晶体管是否已经断开，使得可以接通SR开关晶体管。例如，如果SR开关晶体管是n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，则SR控制器通过将SR开关晶体管的栅极至源极电压增加到高于其阈值电压来接通SR开关晶体管。

反激转换器在操作的连续导电模式(CCM)中的操作使同步整流器控制复杂化。在CCM中，在次级绕组电流斜降到零之前，电源开关晶体管接通。相比之下，在操作的不连续导电模式(DCM)期间，在电源开关晶体管接通之前，次级绕组电流已斜降到零。在DCM操作期间，当SR MOSFET的漏极至源极电压小于接通阈值电压(例如，-120mV)时，SR控制器可以接通SR开关晶体管。然后当漏极至源极电压接近断开阈值电压(诸如-3mV)时，SR控制器可以关断SR开关晶体管。然后由于SR开关晶体管被断开，因此电源开关晶体管可以在没有任何“击穿”危险的情况下被接通，“击穿”是初级绕组电流和次级绕组电流同时传导的不期望的共同导电状况。

但在CCM操作中，在SR开关晶体管仍导电时，电源开关晶体管被接通。SR开关晶体管的漏极至源极电压由于电源开关晶体管被接通而迅速上升，使得漏极至源极电压上升至断开阈值电压，随后SR控制器关断SR开关晶体管。但从电源开关晶体管接通时到SR开关晶体管关断时存在共同导电状况。由于在CCM操作期间的共同导电问题对电源转换器造成压力，因此常规上将预降技术应用于SR开关晶体管的栅极电压以减小共同导电时间。在预降技术中，将SR开关晶体管的栅极电压下拉到近似SR开关晶体管的阈值电压。由于SR开关晶体管的栅极至源极电压几乎不满足阈值电压，因此SR控制器可以响应于漏极至源极电压上升到断开阈值电压而更快地断开SR开关晶体管。

但如何以及何时预降SR开关晶体管的栅极电压仍然是一个问题。如果栅极电压下降得太快并且具有低于阈值电压的下冲，则SR开关晶体管的接通电阻将突然变大。因此，SR开关晶体管的漏极电压下降，从而导致功率损耗增加。为了减小功率损耗，已知的是，控制SR开关晶体管的栅极电压以将其漏极电压调节到固定的预设值。该调节在DCM操作和关键DCM操作期间充分发挥作用。但在CCM电压期间，漏极电压可能未达到期望预设值。为了在CCM操作期间实现调节，可以降低期望预设值，但用于控制栅极电压的所得阈值会牺牲CCM和DCM操作期间的效率。

因此，在本领域中需要具有改进的栅极电压控制的反激转换器以增加在DCM和CCM操作两者中的电源效率。

发明内容